Батарейка 3v | БАТАРЕЙКУ.РФ

Не стоит пугаться, что данная статья называется «батарейка 3v», а не «литиевые источники тока».

Просто, некоторой части читателей привычнее определять тип и класс батареек по их напряжению или емкости.

Отчасти, в этом есть свой логический смысл.

Действительно, какая разница из чего состоит автономный источник питания, если он имеет подходящий форм-фактор и дает нужное напряжение?

Другое дело емкость. А с емкостью литиевых батареек (вторичных аккумуляторов) стоит разобраться отдельно.

Батарейка 3v — литиевая!

Если говорить о химическом составе литиевых батарей, то здесь чаще всего используется литий-диоксид марганца.

Упакованные в эргономичный корпус, химический электролит и электроды, делают литиевую батарейку (на 3 Вольта) очень удобной и компактной.

Главные преимущества и достоинства литиевых батареек 3v заключены в том, что они способны удовлетворить энергетические потребности мощных питающих устройств с большими токозатратами.

К прочим положительным качествам можно отнести:

• длительный срок службы;
• большую надежность;
• повышенную работоспособность батареек;
• способность сохранять накопленную энергию с малым саморазрядом;
• высокий спектр рабочих температур.

Действительно, ведь 3v у лития — это значительно больше, чем 1,6 или 1,2v у никель-металлогидридных аккумуляторных батареек!

Без использования литиевых батареек для получения 3В напряжения придется последовательно соединить обычные 2-3 батарейки.

Батарейка 3v: какая она бывает?

Относительно форм-фактора тех батареек, которые сегодня можно встретить в продаже, их минимальной и максимальной емкости, стоит привести нижеследующую схему:

РАЗМЕР — ФОРМ-ФАКТОР — ЕМКОСТЬ

9.5 x 2.7 mm CR927 30 mAh
10.0 x 2.5 mm CR1025 30 mAh
12.5 x 1.6 mm CR1216 25 mAh
12.5 x 2.0 mm CR1220 38 mAh
12.5 x 2.5 mm CR1225 48 mAh
16.0 x 1.6 mm CR1616 50 mAh
16.0 x 2.0 mm CR1620 68 mAh
16.0 x 3.2 mm CR1632 125 mAh
20.0 x 1.6 mm CR2016 80 mAh
20.0 x 2.5 mm CR2025 170 mAh
20.0 x 3.2 mm CR2032 235 mAh
23.0 x 2.0 mm CR2320 150 mAh
23.0 x 2.5 mm CR2325 190 mAh
24.5 x 3.0 mm CR2430 285 mAh
24.5 x 5.0 mm CR2450N 540 mAh
24.5 x 7.7 mm CR2477N 950 mAh

Примечание: таблица взята с сайта
http://www.atof.ru/mec/btr/3v.shtml

Таким образом, можно видеть, что максимальной емкостью для литиевой батарейки в 3 Вольта является 950 мАч (форм-фактор — CR2477N).

В любом случае даже батарейка 3v на сегодня не является пределом.

Литиевые источники питания способны обеспечить напряжение в 4,2 Вольта или даже 5 Вольт, однако, использовать такие мощные элементы стоит с особенной осторожностью. И если устройство не рассчитано на столь высокие токи, оно просто может выйти из строя!

Повторимся: батарейки в 3 Вольта ставят только в специальные приборы, которые на это рассчитаны. Ее не вставляют в домашние часы или пульт дистанционного управления!

И именно по этим причинам литиевые элементы снабжаются специальной нестандартной формой и размерами.

Про мой LIR2032 и CR2032 тестер, сами батарейки и накопленный опыт / Habr

В этой статье я публикую в свободный доступ мой тестер и измеритель 8шт часовых аккумуляторов-таблеток форм-фактора CR2032. Надеюсь, он пригодится тем, кто делает портативную электронику и различный IoT. В статье я опишу схему моего тестера и расскажу как он работает. Приведу результаты измерения аккумуляторов LIR2032. И проверю восемь CR2032 от разных производителей. Также поделюсь богатым опытом: какие аккумуляторы лучше не брать, а какие — хорошие. Бонусом распишу опасные моменты: и как самому не пострадать и не сжечь дом, как это любит делать Креосан.

Оглавление:

Для чего?
Основные параметры и алгоритм проверки
Индикация и лог работы
Микроконтроллер и как его прошивать
Схема целиком
Схема питания
Схема одного из восьми каналов LIR2032/CR2032
Про зарядку и контроллер заряда
Плата
Результаты аккумуляторов LIR2032
Результаты проверки 8 разных батареек CR2032
Итоги и про качество аккумуляторов
Про технику безопасности
Заключение и ссылка на мой проект на гитхабе

В целях самозанятости и в качестве хобби мы c другом-схемотехником делаем наручные устройства, которые работают в двух режимах: активном и режиме ожидания. В активном режиме требуется красивый, плавный и отзывчивый интерфейс, поэтому потребление в пределах 10-15 мА. В режиме ожидания работают только часики, потребление — единицы микроампер. В устройстве есть синхронизация данных по USB, следовательно, оно должно уметь заряжаться. Поэтому мы применяем перезаряжаемые батарейки таблетки в форм-факторе CR2032, они называются LIR2032.

Устройства продаются в Европу. Эти заказчики более требовательны к качеству, чем отечественные потребители, и поэтому важно чтобы все устройства работали долго и примерно одинаковое время. И самая большая проблема — это контроль качества аккумуляторов. Быстро их не проверить, а объём вырос настолько, что пришлось сделать этот тестер. О чём я и расскажу далее.

1. Питание USB 5V, 400mA.
2. Тип аккумуляторов и батарей LIR2032, CR2032 (с ограничениями)
3. Количество одновременно проверяемых аккумуляторов: 8 шт
4. Индивидуальная двух цветовая индикация статуса у каждого аккумулятора
5. Одноцветный светодиод общего состояния.
6. Посекундный текстовый лога по каждому аккумулятору.
7. Измерители: напряжения и скорости его изменения, времени, ёмкости в мкА/ч.
8. Разрядная нагрузка: 250 Ом (~10мА).
9. Зарядный ток: 30мА
10. Время цикла проверки: 4-6 часов.

Разница между LIR2032 и CR2032 в том, что CR2032 батарейки, а LIR перезаряжаемые аккумуляторы. И они имеют более высокий рабочий диапазон напряжений, но почти в 10 раз меньшую ёмкость.

CR2032: диапазон напряжений 2000-3300 мВ, ёмкость 200+ мА/ч.
LIR2032: диапазон напряжений 3300-4200 мВ, ёмкость 35 — 45 мА/ч.

1. Первичная дозазрядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.
2. Разряд, до 3300 мВ, время: минимум 2 часа, максимум 5 часов.
3. Финальная полная зарядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.

Аккумулятор считается годным, если все эти лимиты по времени соблюдаются.

Напряжение не должно проседать ниже 3000 мВ или превышать 4300 мВ — т.е. те лимиты, при которых аккумуляторы быстро портятся или считаются негодными.

Индивидуально у каждого держателя батареи:

• часто мигает зелёным — Первичная дозазрядка
• часто мигает красным — Разряд
• медленно мигает зелёным — Финальная зарядка
• постоянно горит зелёный — Тест окончен, батарея годная
• постоянно горит красный — Тест окончен, батарея не годная

Общий у USB порта:

• Светится — проверка в процессе работы, как минимум один тестируется.
• Погас — проверка окончена, все 8 аккумуляторов проверены.

Выводится в UART. Если впаять CP2103, то его можно считывать, иначе придётся подключать сторонний преобразователь UART в USB.
Устройство запоминает в свободной флеш памяти (около 50кб) параметры всех ранее измеренных аккумуляторов и выдаёт их при каждой перезагрузке.

После перезагрузки и инициализации начинает выдаваться каждую секунду:

1. Время в секундах
2. Отладочные статусы зарядника и тд, три группы символов по 8 шт.
3. Напряжения на аккумуляторах в милливольтах, точность 30мВ, 8шт
4. Прошло времени в тиках (~8 миллионов)
5. Напряжение аналогового питания (удобно для проверки и отладки питания)
6. Скорость изменения питания в микровольтах в сек, 8 шт. точность 5 мкВ/сек.

После того как все аккумуляторы проверены выдаётся измеренные значения по всем аккумуляторам.

1. Ёмкость в мкА/ч (норма от 25 и выше)
2. Время в сек., напряжение в мВ начала и напряжение в мВ окончания периода.
3. Периодов три: первичный заряд, разряд, финальный заряд.

пример:

LIR_1   capacity    40943   uAh
LIR_1   #0 Charge_A 2203    4078    4217
LIR_1   #1 Load_250 9755    4172    3297
LIR_1   #2 Charge_B 6542    3470    4220 

Для тестера батареек я выбрал микроконтроллер STM32F100R8 это ARM Cortex M3.
Выбран большой 64-х выводной корпус, т.к. на все 8 каналов не хватало выводов, а делать костыли с расширяемыми GPIO и регистрами не хотелось. МК работает от внутреннего генератора без использования PLL и делителей, т.е. на 8Мгц.

Прошивка сделана в gcc и makefile в среде Eclipse Kepler и плагине CDT.
Настройка не требуется. Достаточно прошить и уже можно использовать.

Можно прошивать внешним UART программатором, для этого на отдельную PLS’ку выведены сигналы RX TX BOOT0 RST и земля.
Можно прошивать моим встроенным USB-UART программатором о котором я рассказывал ранее, но для этого на каждый экземпляр придётся ставить CP2103.

функциональный уровень:

электрическая схема (увеличение по клику):

Две ветки питания на двух линейных стабилизаторах LM1117 с 5 до 3.3В.
Отдельное питание для цифровой и аналоговой части.
С защитой от взаимных помех катушечками — индуктивностями на входе каждого стабилизатора.

ВНИМАНИЕ в плате есть ошибка: забыли установить и развести общий электролит по питанию USB, впаяйте параллельно USB хотя-бы 4000мкФ х 6В. Иначе при включении одного зарядника, сбрасываются остальные из за сильной просадки по питанию.

функциональный уровень:

электрическая схема:

Слева направо:

• Ключ включения питания контроллера заряда (цепь ON1)
• Контроллер заряда (микросхема MCP73831T)
• Вывод статуса зарядки: в процессе заряда=GND или закончен=Z (цепь STAT1)
• Вертикальный держатель батарейки
• Делитель напряжения на 2 и датчик напряжения на ОУ (цепь ADC1)
• Нагрузка 250 Ом, которая включается полевым транзистором (LOAD1)

Заряжать Li-ion аккумуляторы необходимо в двух режимах:

1. быстрый заряд в режиме константного тока;
2. далее дозаряд в режиме константного напряжения.
   Для этого использован готовый контроллер заряда который умеет всё это делать — MCP73831T. Он используется как в тестере питания так и в целевом устройстве.

Его характеристика заряда по времени:

Также имеется два дополнительных вывода:

1. Вывод #STAT — индикация что заряд в процессе, во время зарядки там GND, по окончанию он переходит в высокий импеданс. Обычно к нему подключают катод светодиода.
2. Вывод #Prog — задаёт ограничение тока, для универсальности и зависит от простой формулы:

   Ireg = 1000V / Rprog;

Четырёхслойная, средние слои: земля и питание, внешние верх и низ — сигнальные.
Зазоры и толщина дорожек по 0.2мм. Все резисторы 0805 рекомендую ставить с 1% точностью.
Увеличение по клику

Вот график заряда и разряда, построен по логам тестера

В течении 64 циклов разряжал и заряжал 8 шт аккумуляторов и построил график того, как меняется средняя ёмкость у 8 аккумуляторов по мере накопления циклов и «износа».

Далее, стало интересно, есть ли зависимость между измеренной ёмкостью и временем заряда или временем разряда. Для этого я взял накопленную статистику с 500+ рабочих и годных аккумуляторов:

Оказалось что да, зависимость есть, но только по времени разряда на нагрузку.
По времени заряда слишком косвенно. А при малых ёмкостях в пределах 25-30мА видно наступает таймаут минимального времени заряда у микросхемы зарядника — образовалась гор. полочка.

Так же заметны две группы батареек: одна — новые фирменные EEMB с ёмкостью 34-40мА/ч, другие — тоже EEMB, но 13-ого года выпуска с ёмкостью 25-30 мА/ч. Вторую группу я случайно нашёл среди своих запасов пока делал статью и решил тоже прогнать и отдать на сборку годные.

Сделал анимацию первых 65 измерений разных аккумуляторов:

верхний график — напряжение в мВ, горизонтальная шкала времени шириной 16000 сек
нижний график — скорость изменения верхнего графика в мкВ/сек.

Сразу предупреждаю, что тестер батареек не предназначен для CR2032. Они рассчитаны под разряд микроамперами и единицами миллиампер, притом и нагрузку менееьше 1 кОма не рекомендуют подключать. Но у меня есть дешевые китайские изделия где это нарушается, например, игрушки для детей и кошек с светодиодами. И я на помню, что именно в таком случае хуже всего себя показали фирменные батарейки, а дешевые ширпотребные хорошо.

При желании, можно выпаять три из четырёх однокилоомных резисторов — для этого в плате нагрузка так и сделана. Или впаять другой вообще резистор побольше, например 10к. Если сообществу интересно, то могу заняться, но результаты будут Очень не скоро.

Результаты сделал в виде таблицы по пороговым срезам, начиная с 2000 мВ до 2900 мВ с шагом в 100 мВ.
Т.е. ёмкость в миллиамер-часах измерена так, если бы они разряжались до 2000 мВ, или 2100 мВ и тд до 2.9 В. Чем выше порог, тем меньше ёмкость.
Единица измерения мА/ч.

Зелёно-красный градиент индивидуален по каждому столбцу и независим от соседних столбцов.

Да, действительно, простые и дешёвые батарейки типа ЭРА, megamag и Трофи, лучше в этой ситуации. Что и подтвердило мой прежний опыт их использования.
Но ещё раз повторю — батарейки не обязаны выдавать такой ток!

Часто батарейки CR2032 крепятся при помощи миниатюрных магнитов, например, в фитнес браслете misfit shine, и поэтому должны уметь хорошо магнитится. И да, действительно все 8 батареек притягиваются магнитом отлично.

Мне лично тестер понравился, очень удобно пользоваться. А цикл в 4 часа хорошо сочетается с личной жизнью — с утра поставил — в обед сменил следующий, после работы ещё раз все 8 шт поменял, и на ночь ещё 8 шт. Много времени не требуют, особенно если по терминалу не подключаться и лог не вести.

Проблема с аккумуляторами была решена.
Мы ранее покупали китайские «ноунейм» аккумуляторы, но они оказались почти 100% браком.
На голову лучше себя повели фирменные от EEMB — у них стабильные параметры и брака 2-3%. А в некоторых палеттах из 50-40 шт ни одной бракованной. Также они отлично переживают долгое хранение в течении 3-4 лет, но процент брака повышается до 10%.

Для сравнения скриншот первых 100 шт, где EEMB а где заказанные на алиэкспрессе думаю наглядно виден будет сразу.

тут три партии: первые 40шт — новые EEMB, вторая — свежий «ноунейм» китай, последние 15 шт — EEMB три года лежали без использования. Заметно что даже немного деградировавшие 15 шт EEMB лучше китайских.

1. Помните, что при коротком замыкании и батарейки и аккумуляторы ощутимо греются. Да, даже такие маленькие, маломощные и малоёмкие. Особенно, если работаешь с большим количеством, то не самая лучшая идея даже бракованные скидывать в одну кучу. Если Вы конечно не Креосан.
2. Аккумуляторы плоские, так и хочется их взять стопкой, но даже в разряженном аккумуляторе напряжение 3-4В, а в стопке может достигать опасных 50-70В. Стопкой их складывать нельзя, даже бракованные. Если, конечно, не хотите стать ещё одним доказательством теории Дарвина.
3. Китайские аккумуляторы часто вспухают и текут неприятной на запах жидкостью, от которой болит голова и чешутся пальцы. Если иметь дело с китайским ширпотребом, то перчатки и хорошо вентилируемое нежилое помещение обязательно.

Я не хотел статью писать, т.к. думал, что раз тема IoT популярна на Хабре, то и про такие батарейки точно есть обзоры, но не нашел.

Кстати, я ищу работу и на данный момент также принимаю разовые заказы на разработку или производство.

Ссылка на проект гитхаба:
https://github.com/Mirn/LIR2032_tester/
Лицензия MIT, используйте на здоровье!
Также я не против поговорить про опыт использования. И помочь советом.

Что из себя представляют литиевые АКБ LIR2032 в формфакторе CR2032 (таблетка)

Всем привет. В обзоре небольшое тестирование, замеры и изготовление зарядника для данного типа АКБ.
Всех интересующихся и сопереживающих прошу под кат

Увидел как-то на просторах Али вот эти литиевые таблеточки, решил заказать и проверить, что за они такие.
Тем более цена была более чем приемлемая. На момент покупки лот из 4 шт. стоил подешевле, плюс купон и скидка при покупке через приложение, в итоге купон размазался и на другие товары из корзины, дополнительно скидка из приложения и цена вышла 2,01 за 4 шт. У нас в магазинах обычные, не аккумуляторные батарейки такого формата стоят 1-2 бакса за штуку. У продавца продаж почти не было, реальных отзывов на этот лот тоже. Ладно, думаю, 2 бакса не большие деньги, можно не переживать если не пришлет, заказал. Шла посылка долго, недели не хватило до 2 месяцев с момента оплаты. Трек работал только на территории Китая. В общем я уже и забыл про них, думал не придут.

Характеристики со страницы товара

Название бренда: PKELL
Модель: LIR2032
Тип: Li-ion
Номинальное напряжение: 3.6V
Номинальная емкость: 40 mAh
Размер: 20*3.2mm
Вес: 3 г.

Внешний вид, вес, размеры

Каждая АКБ была в отдельно пакетике

С размерами не обманули


Весят все пределах 2,44 — 2,50 г. До обещанных 3 г. не дотянули

И обычная батарейка

Она немного тяжелее

Напряжение из коробки

Ну мало ли, всякое бывает, решил проверить… Могли прислать и перемаркированные обычные батарейки на 3 В.

Теперь вопрос — чем их заряжать?
На али отыскались и зарядники для них

Цены от 4,5 баксов и выше. На тот момент ниже 5 не видел. В общем, не зная придут ли вообще сами аккумуляторы, а если и придут — не понятно что еще будут из себя представлять. Поэтому решил зарядку не покупать. Да и у меня в наличии было еще несколько плат зарядки со встроенным контроллером разрядки (подробно останавливаться на ней не буду, по ссылке очень хороший обзор на нее)
Если таки получу сами АКБ — то зарядку сделаю из этой платки и держателя батарейки от материнской платы.

У меня они были 2 версий, первая из Гирбеста , отличается от той, что в обзоре зеленым светодиодом вместо синего и МС контроля заряда, на ней нет надписи TPOWER и маркировка 4056ES, в остальном аналогична.
Для зарядки, конечно, хватило бы и более простой версии этой платы, без контроля разряда, но у меня были именно такие и ничто не мешает заряжать литиевые АКБ ими.

Но плату можно использовать с небольшой доработкой. Нужно будет заменить резистор R3 .
Этим резистором устанавливается зарядный ток батареи. Из таблицы в даташите

видно, что при установленном с завода резисторе в 1,2К ток заряда будет 1А.
Что слишком уж для АКБ емкостью 40 мА/ч. Нам нужен ток примерно в 1/2-1/3 от 1С. Но таких мелких значений в таблице нет. Я нашел резистор на 51К, установил его вместо 1,2К и ток заряда составил 15 мА, как раз то что нужно!

Но тут выяснился 1 нюанс, заряд прекращается строго на 4,20В, но не загорается зеленый светодиод, продолжает гореть красный.
Я попробовал уменьшить резистор, при этом увеличивается зарядный ток, светодиод иногда загорается зеленый, иногда все равно нет…
При 22К ток около 30 мА,
При 30К — 22мА, затем падает, на фото уже меньше значение

Окончание заряда

Затем я использовал вторую плату, точно как в обзоре ksiman
Установил туда резистор на 30К, синий светодиод загорается всегда, но на 4,16В.
В общем с резисторами можно еще повозиться, либо оставить так…

Вот так выглядит зарядное в конечном варианте



В любом случае, батарея заряжена, можно проверить емкость.

Замеры емкости

Полноценно провести тест емкости у меня по сути нечем. Опус не умеет разряжать банки током хотя бы 40 мА, не говоря уже про меньшие значения.
Поэтому ничего не оставалось, как найти резистор на 100 Ом, 2 мультиметра (1 — напряжение, 2-ток) и часы. Конечно, таким способом трудно получить точные результаты, но для приблизительной оценки емкости АКБ этого достаточно.

Дополнительная информация

Защита сработала чуть меньше, чем через час. Под нагрузкой в виде резистора 100 Ом ток падал с 40 мА до 30 мА, но это практически 1С. Примерно получается 35 мАч. Под меньшим током думаю заявленные 40 мАч отдаст.
Вывод — АКБ вполне годные и честные.
Единственный нюанс с применением — имейте ввиду, что обычная одноразовая батарейка имеет напряжение 3В, здесь же напряжение снижается с 4,2 В до 3В.

5 практических советов по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы не столь «привередливы», как их никель-металл-гидридные собратья, но все равно требуют определенного ухода. Придерживаясь пяти простых правил, можно не только продлить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторных батарей, но и повысить время работы мобильных устройств без подзарядки.

Не допускайте полного разряда. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов. Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете свой телефон. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить телефон на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100.
Данный процесс специалисты описывают таким показателем как Глубина Разряда (Depth Of Discharge). Если ваш телефон разряжен до 20%, то Глубина Разряда составляет 80%. В нижеприведенной таблице показана зависимость количества циклов разряда литий-ионного аккумулятора от Глубины Разряда:

Разряжайте раз в 3 месяца. Полный заряд на протяжении длительного времени также же вреден для литий-ионных аккумуляторов, как и постоянная разрядка до нуля.
Из-за крайне нестабильного процесса заряда (мы часто заряжаем телефон как придется, и где получится, от USB, от розетки, от внешнего аккумулятора и тд.) специалисты рекомендуют раз в 3 месяца полностью разряжать аккумулятор и после этот заряжать до 100% и подержать на зарядке 8-12 часов. Это помогает сбросить так называемый верхний и нижний флаги заряда аккумулятора. Более подробно об этом можно прочитать здесь.

Храните частично заряженными. Оптимальным состоянием для длительного хранения литий-ионного аккумулятора является уровень заряда от 30 до 50 процентов при температуре 15°C. Если же оставить батарею полностью заряженной, со временем ее емкость существенно снизится. А вот аккумулятор, который долгое время пылился на полке разряженным до нуля, скорее всего, уже не жилец – пора отправлять его на утилизацию.
В нижеприведенной таблице показано сколько остается емкости в литий-ионном аккумуляторе в зависимости от температуры хранения и уровня заряда при хранении в течение 1 года.

Используйте оригинальное зарядное устройство. Мало кто знает, что зарядное устройство в большинстве случаев встроено непосредственно внутрь мобильных устройств, а внешний сетевой адаптер лишь понижает напряжение и выпрямляет ток бытовой электросети, то есть напрямую на батарею не воздействует. Некоторые гаджеты, например цифровые фотокамеры, лишены встроенного зарядного устройства, и поэтому их литий-ионные аккумуляторы вставляют во внешний «зарядник». Вот тут-то использование внешнего зарядного устройства сомнительного качества вместо оригинального может негативно сказаться на работоспособности батареи.

Не допускайте перегрева. Ну а злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура – перегрева они напрочь не переносят. Поэтому не допускайте попадания на мобильные устройства прямых солнечных лучей, а также не оставляйте их в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –40°C до +50°C

Также, вы можете посмотреть Часто Задаваемые Вопросы по аккумуляторам на нашем сайте.